【摘 要】
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电渣重熔可显著提高特种钢和合金的洁净度,有效控制电渣锭化学成分均匀,改善铸坯的表面质量,使钢材性能得到大幅提高。电渣作为冶炼金属的热源,对非金属夹杂物熔解、精炼金属和隔绝空气等方面起着重要作用。目前中高氟渣被广泛应用,源于Ca F2具有降低熔点和粘度的显著特性,但大量氟化物挥发会导致熔渣成分发生变化,从而影响熔渣的物化性能。粘度作为电渣重熔渣系最重要的基本物理化学性质之一,它表示高温熔渣的流动性,
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“电渣重熔含Al、Ti类镍基合金用低氟渣反应性及物理化学性质的研究”（51774225）；
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电渣重熔可显著提高特种钢和合金的洁净度,有效控制电渣锭化学成分均匀,改善铸坯的表面质量,使钢材性能得到大幅提高。电渣作为冶炼金属的热源,对非金属夹杂物熔解、精炼金属和隔绝空气等方面起着重要作用。目前中高氟渣被广泛应用,源于Ca F2具有降低熔点和粘度的显著特性,但大量氟化物挥发会导致熔渣成分发生变化,从而影响熔渣的物化性能。粘度作为电渣重熔渣系最重要的基本物理化学性质之一,它表示高温熔渣的流动性,与脱硫、脱氧、非金属夹杂去除和渣金反应功能,以及渣膜处的结晶行为密切相关。因此,研究电渣重熔低氟渣中各组元对渣粘度和结构影响对电渣设计具有重要的指导意义。为开发适应镍基高温合金的渣系,本文以电渣重熔Ca F2-Ca O-Al2O3-Mg O-Ti O2基低氟渣系为对象,研究Ti O2、Ca F2、Ca O/Al2O3和Na2O对熔渣粘度和结构影响,以及Na2O对渣结晶行为的影响,并选取合适的粘度模型,通过实验粘度数据对Zhang模型进行修正,建立符合该低氟渣系粘度数据的结构模型。采用旋转柱体法测量熔渣粘度,通过傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱检测熔渣结构,结果表明,熔渣粘度随Ti O2含量增加而降低,表观粘流活化能降低;Ti O2加入导致渣中[Al OnF4-n]-四面体络合物和[Al O4]-四面体结构被破坏,并产生了相对简单的O-Ti-O和Ti2O64-链状结构。熔渣粘度随Ca F2含量增加而降低,表观粘流活化能略有降低;Ca F2加入不会解聚熔渣结构,而通过连接铝酸盐结构中的桥氧键,以NBO-Ca2+-F-和NBO-Ca2+-NBO形式存在影响熔渣结构。熔渣粘度随Ca O/Al2O3增加而降低,表观粘流活化能降低;Ca O/Al2O3增加会使渣中的[Al OnF4-n]-四面体络合物结构被破坏,将[Al O4]-四面体结构中的Q~4单元被解聚成相对简单的Q~2单元,同时生成了相对简单的Ti2O64-和O-Ti-O链状结构。熔渣粘度随Na2O含量增加而降低,熔点和拐点温度降低;Na2O增加会破坏渣中[Al OnF4-n]-四面体络合物和[Al O4]-四面体网络结构,而对Ti-O伸缩振动影响较小。此外,通过差示扫描量热法测量Na2O对熔渣非等温结晶行为的影响,结果表明,Na2O含量增加导致熔渣结晶温度升高,因为Na2O在铝酸盐中扮演着网络改良剂的作用,破坏了熔渣的网络结构,降低了聚合度,从而促进了熔渣的流动性。利用Zhang模型对实验粘度数据进行评估,粘度模型预测值与实验测量值有较大偏差,其平均偏差为69.8%。通过对Zhang模型中参数进行修正,粘度模型的预测效果得到较大改善,其平均偏差为24.5%。修正后的Zhang模型对先前低氟渣粘度数据有较好的预测效果。
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